Применение химических мембран для очистки сточных вод в машиностроении. Лекция 3

1. ЛЕКЦИЯ 3. Применение химических мембран для очистки сточных вод в машиностроении

ЛЕКЦИЯ 3. ПРИМЕНЕНИЕ
ХИМИЧЕСКИХ МЕМБРАН ДЛЯ
ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В
МАШИНОСТРОЕНИИ

2. СТОЧНЫЕ ВОДЫ СОДЕРЖАТ

1. МАСЛА И ЭМУЛЬСИИ: СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИЕ
ЖИДКОСТИ (СОЖ) НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ
МАСЕЛ (ДО 5-10% КОНЦЕНТРАЦИИ).
2. ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ: PB, CU, NI, CR (ОТ 0,1 ДО 100
МГ/Л) ИЗ ГАЛЬВАНИКИ И ТРАВЛЕНИЯ.
3. ОРГАНИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ: ФЕНОЛЫ,
РАСТВОРИТЕЛИ (COD 500-2000 МГ/Л).
4. ТВЁРДЫЕ ЧАСТИЦЫ: МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУЖКА,
АБРАЗИВЫ (ДО 1000 МГ/Л).

3. Основные свойства химических мембран

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ХИМИЧЕСКИХ
МЕМБРАН
• ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ (СЕЛЕКТИВНОСТЬ)
• ПОРИСТОСТЬ
• ХИМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ
• МЕХАНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ
• ТЕРМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

4. МЕМБРАННЫЕ МЕТОДЫ

• 1. УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ (МАСЛА,
ЭМУЛЬСИИ)
• 2. НАНОФИЛЬТРАЦИЯ (ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ)
• 3. ОБРАТНЫЙ ОСМОС (ГЛУБОКАЯ ОЧИСТКА
И РЕЦИРКУЛЯЦИЯ)
• 4. МЕМБРАННЫЕ БИОРЕАКТОРЫ
(ОРГАНИКА)
• 5. КЕРАМИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ
(АГРЕССИВНЫЕ ПРИМЕСИ)

5. Ультрафильтрация (UF)

УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ (UF)
КОМПОНЕНТЫ
1. СБОРНЫЙ РЕЗЕРВУАР: СТОЧНЫЕ ВОДЫ С СОЖ СОБИРАЮТСЯ ПЕРЕД ПОДАЧЕЙ.
2. НАСОС: СОЗДАЁТ ДАВЛЕНИЕ 5 БАР ДЛЯ ПОДАЧИ НА МЕМБРАНУ.
3. ПРЕДФИЛЬТР: СЕТКА 100 МКМ УДАЛЯЕТ КРУПНЫЕ ЧАСТИЦЫ (СТРУЖКУ).
4. UF-МОДУЛЬ: ПОЛИСУЛЬФОННЫЕ МЕМБРАНЫ, ПОРЫ 0,01 МКМ, ПОТОК 50 М³/Ч.
5. ПЕРМЕАТ: ОЧИЩЕННАЯ ВОДА (80%) ИДЁТ НА РЕЦИРКУЛЯЦИЮ.
КОНЦЕНТРАТ: МАСЛЯНАЯ ФРАКЦИЯ (10%) ОТПРАВЛЯЕТСЯ НА УТИЛИЗАЦИЮ.

6. ПРИМЕР: Завод Volkswagen (Германия, Вольфсбург)

ПРИМЕР: ЗАВОД VOLKSWAGEN
(ГЕРМАНИЯ, ВОЛЬФСБУРГ)
ПРОБЛЕМА: СТОЧНЫЕ ВОДЫ ОТ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ СОДЕРЖАЛИ 2% СОЖ
(МАСЛО-ВОДА ЭМУЛЬСИЯ), COD 1500 МГ/Л.
РЕШЕНИЕ: УСТАНОВЛЕНА UF-СИСТЕМА С ПОЛИСУЛЬФОННЫМИ МЕМБРАНАМИ
(ПОТОК 50 М³/Ч). МАСЛО ЗАДЕРЖИВАЕТСЯ (КОНЦЕНТРАТ 10%), ВОДА
ОЧИЩАЕТСЯ ДО COD 50 МГ/Л.
РЕЗУЛЬТАТ: 80% ВОДЫ ВОЗВРАЩАЕТСЯ В ПРОИЗВОДСТВО (ЭКОНОМИЯ 40 000
М³/ГОД), СНИЖЕНИЕ СБРОСОВ НА 75%.
• ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ: УМЕНЬШЕНИЕ
• ВЫБРОСОВ МАСЛА В ВОДОЁМЫ
• (С 2 Т/ГОД ДО 0,4 Т/ГОД),
• ЗАЩИТА МЕСТНЫХ ЭКОСИСТЕМ.

7. Нанофильтрация (NF)

НАНОФИЛЬТРАЦИЯ (NF)
•КОМПОНЕНТЫ:
1.ОТСТОЙНИК: УДАЛЕНИЕ ОСАДКА (СТРУЖКА, КРУПНЫЕ ЧАСТИЦЫ).
2.НАСОС: ДАВЛЕНИЕ 10 БАР ДЛЯ NF.
3.ПРЕДФИЛЬТР UF: ПОРЫ 0,1 МКМ, ПОДГОТОВКА ВОДЫ (УДАЛЕНИЕ
ВЗВЕСЕЙ).
4.NF-МОДУЛЬ: TFC-МЕМБРАНЫ, ЗАДЕРЖКА NI 95%, CR 98%, ПОТОК 20
М³/Ч.
5.ПЕРМЕАТ: 90% ВОДЫ ДЛЯ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.
6.КОНЦЕНТРАТ: 5% С МЕТАЛЛАМИ НА УТИЛИЗАЦИЮ.
•ПРИМЕЧАНИЕ: ДВОЙНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ (UF → NF) ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕМБРАН.
ПРИМЕР: GENERAL ELECTRIC (США, ШЕНЕКТАДИ)

8. Производство турбин, General Electric (США, Шенектади)

ПРОИЗВОДСТВО ТУРБИН, GENERAL
ELECTRIC (США, ШЕНЕКТАДИ)
ПРОБЛЕМА: СТОЧНЫЕ ВОДЫ ОТ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАНН СОДЕРЖАЛИ NI (50 МГ/Л),
CR (20 МГ/Л), COD 800 МГ/Л.
РЕШЕНИЕ: NF-СИСТЕМА С TFC-МЕМБРАНАМИ (ПОТОК 20 М³/Ч). ЗАДЕРЖКА: NI
95%, CR 98%, COD ДО 100 МГ/Л. КОНЦЕНТРАТ (5%) ОТПРАВЛЯЕТСЯ НА
УТИЛИЗАЦИЮ.
РЕЗУЛЬТАТ: ОЧИЩЕННАЯ ВОДА (90%) ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ ПРОМЫВКИ ДЕТАЛЕЙ,
СНИЖЕНИЕ СБРОСОВ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА 1,5 Т/ГОД.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ:
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ГРУНТОВЫХ ВОД
(НОРМА NI <0,1 МГ/Л),
СОКРАЩЕНИЕ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ
НА 60%.

9. Обратный осмос (RO)

ОБРАТНЫЙ ОСМОС (RO)
КОМПОНЕНТЫ:
– СБОРНИК: НАКОПЛЕНИЕ СТОКОВ ПЕРЕД ОБРАБОТКОЙ.
– UF-ПРЕДФИЛЬТР: УДАЛЕНИЕ СОЖ И ВЗВЕСЕЙ (ПОРЫ 0,01 МКМ).
– НАСОС: ДАВЛЕНИЕ 25 БАР ДЛЯ RO.
– RO-МОДУЛЬ: TFC-МЕМБРАНЫ, ЗАДЕРЖКА 99% СОЛЕЙ, ПОТОК 100 М³/Ч.
– ПЕРМЕАТ: 95% ВОДЫ ДЛЯ МОЙКИ.
– КОНЦЕНТРАТ: 5% СОЛЕВОГО РАСТВОРА НА УТИЛИЗАЦИЮ.
ПРИМЕЧАНИЕ: UF КАК ПРЕДОЧИСТКА ЗАЩИЩАЕТ RO ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ.
ПРИМЕР: TOYOTA (ЯПОНИЯ, НАГОЯ)

10. Завод Toyota (Япония, Нагоя)

ЗАВОД TOYOTA (ЯПОНИЯ, НАГОЯ)
ПРОБЛЕМА: СТОЧНЫЕ ВОДЫ ПОСЛЕ МОЙКИ ДЕТАЛЕЙ СОДЕРЖАЛИ
NACL (500 МГ/Л), ОРГАНИКУ (COD 300 МГ/Л), ОСТАТКИ СОЖ.
РЕШЕНИЕ: RO-СИСТЕМА (ПОТОК 100 М³/Ч) ПОСЛЕ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ UF. ИТОГ: TDS <50 МГ/Л, COD <10 МГ/Л.
РЕЗУЛЬТАТ: 95% ВОДЫ ВОЗВРАЩАЕТСЯ В ЦИКЛ МОЙКИ (ЭКОНОМИЯ
90 000 М³/ГОД), КОНЦЕНТРАТ (5%) УТИЛИЗИРУЕТСЯ.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ:
СНИЖЕНИЕ ЗАБОРА ПРЕСНОЙ
ВОДЫ НА 30%, ВЫБРОСЫ
ОРГАНИКИ В КАНАЛИЗАЦИЮ
-85% (С 25 Т/ГОД ДО 4 Т/ГОД).

11. Мембранный биореактор (MBR)

МЕМБРАННЫЙ БИОРЕАКТОР (MBR)
•КОМПОНЕНТЫ:
1.АЭРОТЕНК: БИОРАЗЛОЖЕНИЕ ОРГАНИКИ БАКТЕРИЯМИ (O₂ 2 МГ/Л).
2.MBR-МОДУЛЬ: PVDF-МЕМБРАНЫ, ПОРЫ 0,1 МКМ, ЗАДЕРЖКА БИОМАССЫ, ПОТОК 30 М³/Ч.
3.ПЕРМЕАТ: ОЧИЩЕННАЯ ВОДА ДЛЯ СБРОСА ИЛИ РЕЦИРКУЛЯЦИИ.
4.ИЗБЫТОЧНЫЙ ИЛ: УДАЛЕНИЕ ИЗБЫТКА БИОМАССЫ (500 КГ/ДЕНЬ).
•ПРИМЕЧАНИЕ: АЭРАЦИЯ (O₂) УСИЛИВАЕТ РАЗЛОЖЕНИЕ ФЕНОЛОВ.
•ПРИМЕР: SKF (ШВЕЦИЯ, ГЁТЕБОРГ)

12. Завод по производству подшипников SKF (Швеция, Гётеборг)

ЗАВОД ПО ПРОИЗВОДСТВУ ПОДШИПНИКОВ
SKF (ШВЕЦИЯ, ГЁТЕБОРГ)
ПРОБЛЕМА: СТОЧНЫЕ ВОДЫ С ФЕНОЛАМИ (50 МГ/Л), COD 1200
МГ/Л, ВЗВЕСИ 500 МГ/Л.
РЕШЕНИЕ: MBR-СИСТЕМА (ПОТОК 30 М³/Ч). ИТОГ: COD <20 МГ/Л,
ФЕНОЛЫ <0,1 МГ/Л, ВЗВЕСИ <1 МГ/Л.
РЕЗУЛЬТАТ: ВОДА СООТВЕТСТВУЕТ НОРМАМ СБРОСА (EU DIRECTIVE
91/271), ЭКОНОМИЯ НА ШТРАФАХ €50 000/ГОД.
• ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ:
СНИЖЕНИЕ ЭВТРОФИКАЦИИ
ВОДОЁМОВ (ФОСФАТЫ -95%),
ЗАЩИТА БАЛТИЙСКОГО
МОРЯ ОТ 10 Т ОРГАНИКИ/ГОД.

13. Керамические мембраны

КЕРАМИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ
КОМПОНЕНТЫ:
– НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ: РЕГУЛИРОВКА PH С NAOH ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕМБРАН.
– НАСОС: ДАВЛЕНИЕ 5 БАР.
– КЕРАМИЧЕСКИЙ UF: AL₂O₃, ПОРЫ 0,1 МКМ, ПОТОК 15 М³/Ч.
– ПЕРМЕАТ: 70% ВОДЫ ДЛЯ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.
– КОНЦЕНТРАТ: 10% С CR НА УТИЛИЗАЦИЮ.
ПРИМЕЧАНИЕ: КЕРАМИКА УСТОЙЧИВА К PH 2, НО НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ПОВЫШАЕТ СРОК
СЛУЖБЫ.
ПРИМЕР: DMG MORI (ГЕРМАНИЯ, БИЛЕФЕЛЬД)

14. Производство станков, DMG Mori (Германия, Билефельд)

ПРОИЗВОДСТВО СТАНКОВ, DMG
MORI (ГЕРМАНИЯ, БИЛЕФЕЛЬД)
ПРОБЛЕМА: КИСЛОТНЫЕ СТОКИ (PH 2) С CR (30 МГ/Л) И СТРУЖКОЙ
(800 МГ/Л).
РЕШЕНИЕ: КЕРАМИЧЕСКАЯ UF (ПОТОК 15 М³/Ч). ИТОГ: CR <1 МГ/Л,
ВЗВЕСИ <5 МГ/Л.
РЕЗУЛЬТАТ: ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 70% ВОДЫ, СНИЖЕНИЕ
КИСЛОТНЫХ СБРОСОВ НА 90%.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ: ЗАЩИТА ПОЧВЫ ОТ 1 Т CR/ГОД,
ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МЕМБРАН (10 ЛЕТ VS. 3 ГОДА ПОЛИМЕРОВ).

15. Итоги применения мембран

ИТОГИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕМБРАН
• VOLKSWAGEN: МАСЛО -1,6 Т/ГОД, CO₂ ОТ
УТИЛИЗАЦИИ -50 Т/ГОД (ОЦЕНКА).
• GE: ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ -1,5 Т/ГОД, ТОКСИЧНЫЕ
ОТХОДЫ -60%.
• TOYOTA: ОРГАНИКА -21 Т/ГОД, ПРЕСНАЯ ВОДА 30%.
• SKF: ФОСФАТЫ -95%, ОРГАНИКА -10 Т/ГОД.
• DMG MORI: CR -1 Т/ГОД, КИСЛОТНЫЕ ВЫБРОСЫ 90%.

16. ПРЕИМУЩЕСТВА И ПРОБЛЕМЫ

• ПРЕИМУЩЕСТВА:
– ЭФФЕКТИВНОСТЬ: УДАЛЕНИЕ 95-99% ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ.
– ЭКОЛОГИЯ: СНИЖЕНИЕ СБРОСОВ НА 70-90%, ЗАЩИТА
ВОДОЁМОВ (НАПРИМЕР, 200 Т НЕФТИ/ГОД В США).
– ЭКОНОМИЯ: РЕЦИРКУЛЯЦИЯ 80-95% ВОДЫ, СОКРАЩЕНИЕ
ЗАТРАТ НА ВОДУ И ШТРАФЫ (ДО €100 000/ГОД).
• ПРОБЛЕМЫ:
– ЗАГРЯЗНЕНИЕ: БИОПЛЁНКИ И ОТЛОЖЕНИЯ СНИЖАЮТ ПОТОК
НА 20% ЗА 6 МЕСЯЦЕВ. РЕШЕНИЕ: ПРОМЫВКА (NAOH, HCL).
– СТОИМОСТЬ: UF ~$50/М², RO ~$100/М², КЕРАМИКА
~$1000/М².